Novi uređaj nudi podatke o dojenju u stvarnom vremenu za roditelje i kliničare

Novi uređaj nudi podatke o dojenju u stvarnom vremenu za roditelje i kliničare

Iako dojenje ima mnoge prednosti za majku i njezinu bebu, ono ima jednu veliku lošu stranu: nevjerojatno je teško znati koliko mlijeka beba konzumira.

Kako bi potaknuli dojenje, interdisciplinarni tim inženjera, neonatologa i pedijatara sa Sveučilišta Northwestern razvio je novi nosivi uređaj koji može pružiti kliničko kontinuirano praćenje konzumacije majčinog mlijeka.

Diskretni uređaj se tiho i udobno omotava oko dojinih grudi tijekom dojenja i bežično prenosi podatke na pametni telefon ili tablet. Majka tada može uživo vidjeti grafički prikaz koliko je mlijeka njena beba konzumirala u stvarnom vremenu.

Eliminirajući neizvjesnost, uređaj može pružiti bezbrižnost roditeljima tijekom prvih dana i tjedana njihove bebe. Konkretno, nova tehnologija bi mogla pomoći u smanjenju roditeljske tjeskobe i poboljšati kliničko upravljanje prehranom za ranjive bebe u neonatalnoj jedinici intenzivne njege (NICU).

Studija je objavljena u časopisu u srijedu (14. svibnja).Biomedicinski inženjering prirode. Kako bi se osigurala njegova točnost i praktičnost, uređaj je izdržao nekoliko razina rigorozne evaluacije, uključujući teoretsko modeliranje, eksperimente na stacionarnim uređajima i testiranje na grupi hospitaliziranih novih majki.

"Dugo je bio izazov za roditelje i pružatelje zdravstvenih usluga znati koliko točno mlijeka dijete dobiva tijekom dojenja", rekao je John A. Rogers iz Northwesterna, koji je vodio razvoj uređaja. "Ova tehnologija uklanja tu nesigurnost i pruža prikladan i pouzdan način za praćenje unosa mlijeka u stvarnom vremenu, bilo u bolnici ili kod kuće."

Nesigurnost oko toga dobiva li dijete dovoljno hrane može uzrokovati stres za obitelji, posebno za dojilje s prijevremeno rođenom djecom na odjelu intenzivne njege. Trenutno postoje samo glomazni načini za mjerenje koliko je beba konzumirala mlijeka tijekom dojenja, npr. B. Vaganje bebe prije i poslije hranjenja. Očekujemo da će ovaj senzor biti veliki napredak u održavanju laktacije, smanjujući stres za obitelji i povećavajući sigurnost za kliničare jer dojenčad napreduje s dojenjem, ali i dalje treba nutritivnu podršku. Smanjenje neizvjesnosti i podrška obiteljima u postizanju njihovih ciljeva dojenja vodi zdravijoj djeci, zdravijim majkama i zdravijim zajednicama. “

Dr. Daniel Robinson, neonatolog na Northwest Medicine i kolega medicinska sestra studije

Rogers je bioelektronički pionir koji je Louis Simpson i Kimberly Querrey profesor znanosti o materijalima i inženjerstva, biomedicinskog inženjerstva i neurološke kirurgije na Northwestern – gdje ima imenovanja na McCormick School of Engineering i Feinberg School of Medicine i direktor Instituta Querrey Simpson za bioelektroniku (QSIB) (QSIB). Robinson je izvanredni profesor pedijatrije na Feinbergu i liječnik na odjelu za neonatologiju u dječjoj bolnici Ann & Robert H. Lurie u Chicagu. Rogers i Robinson vodili su studiju s dr. Craig Garfield, profesor pedijatrije na Feinbergu i liječnik u Lurie Children's, i dr. Jennifer Wicks, pedijatrica u Lurie Children's.

Tri QSIB postdoktorska istraživača jednako su pridonijela projektu, od kojih je svaki član fakulteta u Koreji: Jiyhe Kim, docent na Sveučilištu Ajou, vodio je dizajn uređaja i podržavao klinička ispitivanja. Seyong OH, docent na Sveučilištu Hanyang, razvio je bežičnu elektroniku; i Jae-young Yoo, docent na Sveučilištu Sungkyunkwan, razvili su metode za analizu podataka. Kim i OH su koautori s Raudelom Avilom, docentom strojarstva na Sveučilištu Rice i doktorom znanosti Northwestern. diplomirani koji je vodio računalno modeliranje.

Pozabavite se nezadovoljenom potrebom

Projekt je započeo prije četiri godine kada su se neonatolozi i pedijatri iz Lurie Children's tima obratili Rogersovom timu s kritičnom, nezadovoljenom potrebom. Budući da prijenos mlijeka s majke na bebu nije vidljiv tijekom dojenja, a protok mlijeka varira, gotovo je nemoguće znati točan volumen bebinog mlijeka u jednoj sesiji.

"Trenutno ne postoje pouzdani načini da se zna koliko bebe jedu dok doje", rekla je Wicks, koja je majka troje djece. "Neki pedijatri i savjetnici za dojenje koristit će vagu za vaganje bebe prije i poslije hranjenja, a ovo mjerenje daje pristojnu procjenu količine mlijeka koju je beba popila. Ali nažalost, škole za bebe nisu male, a većina ljudi nema dječje sjedalice.

Druga opcija za majke je pumpanje majčinog mlijeka u bočicu. Dok hranjenje na bočicu pruža točna mjerenja volumena i vizualnu potvrdu da beba konzumira mlijeko, ono uklanja prednosti kontakta koža na kožu. Dodatni koraci crpljenja, skladištenja i rukovanja mlijekom oduzimaju puno vremena i mogu čak povećati rizik od bakterijske kontaminacije.

"Dojenje ima nekoliko prednosti u usporedbi s hranjenjem majčinim mlijekom na bočicu", rekao je Wicks. "Prvo i najvažnije, ova veza kože uz kožu korisna je i za bebe i za majke. Osim toga, stvarno dojenje često bolje potiče proizvodnju mlijeka."

Iako su drugi akademski istraživači i male startup tvrtke istraživale tehnologije za praćenje aspekata majčinog mlijeka i hranjenja, recenzirane studije su rijetke.

"Na temelju naših pregleda znanstvene literature i naših razgovora s pedijatrima i neonatolozima, ne postoje klinički potvrđene tehnologije koje se bave ovom važnom medicinskom potrebom", rekao je Rogers. "Naš rad popunjava ovu prazninu."

Uspostavite pravu strategiju

Rogersov tim prethodno je razvio mekane, fleksibilne bežične tjelesne senzore za praćenje beba u jedinici intenzivne njege, kao i nosive senzore za praćenje drenaže protoka tekućine kroz šantove, koji se obično koriste za liječenje pacijenata s hidrocefalusom. S iskustvom u radu s ranjivim populacijama i razvoju uređaja koji mjere protok tekućine, Rogers i njegov tim bili su idealni kandidati za projekt.

"Naši klinički kolege pitali su nas možemo li razviti senzor koji bi omogućio novim majkama da odrede koliko mlijeka njihove bebe konzumiraju tijekom njege", rekao je Rogers. "Isprva nismo bili sigurni kako pristupiti problemu. Strategije koje smo koristili da bismo dobili protok kroz šantove dok prolaze kroz mjesta površinski ispod kože ne funkcioniraju jer su mliječni kanali predaleko ispod površine kože."

Nakon godina neuspjelih pokušaja temeljenih na metodama praćenja optičkih svojstava dojke, kvantificiranja pokreta sisanja, praćenja događaja gutanja i nekoliko drugih, konačno su se odlučili na izuzetno jednostavnu tehniku. Uređaj šalje sićušnu, sigurnu električnu struju kroz prsa pomoću dva mala jastučića ili elektroda postavljenih na kožu. Drugi par elektroda detektira razliku napona povezanu s tom strujom.

Kada beba pije mlijeko, količina mlijeka u dojkama se smanjuje. Ovo smanjenje rezultira promjenom električnih svojstava dojke na suptilan, ali mjerljiv način. Te su promjene izravno povezane s količinom mlijeka izvađenog iz dojke. Što je veća količina, veća je promjena električnih svojstava. Iako suptilna, ova se promjena može točno kalibrirati tijekom dojenja i kvantificirati za prikaz u stvarnom vremenu na pametnom telefonu.

"Ovo je koncept koji se zove bioimpedancija i često se koristi za mjerenje tjelesne masti", rekao je Rogers. "Budući da mišići, masno tkivo, kosti i tkivo različito provode elektricitet, bioimpedancija može dovesti do točnog mjerenja sadržaja masti. Na konceptualno sličan način možemo kvantificirati promjenu volumena mlijeka unutar dojke. To je bila posljednja strategija koju smo nažalost isprobali.

Rigorozno testiranje

Nakon dizajniranja početnih prototipova, inženjerski tim ga je optimizirao kroz nekoliko faza testiranja i modeliranja. Prvo su izradili pojednostavljene modele dojke koristeći materijale koji oponašaju električna svojstva kože, masti i mlijeka. Pažljivo kontrolirajući količinu "mlijeka" u ovim modelima, istraživači su mogli vidjeti kako se podaci uređaja mijenjaju s količinom "mlijeka".

Predvođeni Avilom iz Ricea, tim je potom izradio detaljne računalne modele dojke temeljene na stvarnoj anatomiji. Njihove računalne simulacije temeljene na fizici pratile su fiziološke promjene koje se događaju tijekom dojenja. Koristeći bioimpedanciju, Avila je povezala protok električnih signala s količinom mlijeka koja napušta dojke u stvarnom vremenu. Anatomski ispravni računalni modeli njegovog tima uključuju oblike grudi i distribuciju tkiva specifične za pacijenta, što im omogućuje da testiraju kako položaj senzora i fluktuacije tkiva utječu na očitanja.

"Naši rezultati simulacije podudaraju se s trendovima eksperimenata i kliničkih studija na ljudima", rekao je Avila. "Povezivanje naših modela s utjecajem u stvarnom svijetu uvijek je vrhunac, a to je moguće samo kroz suradnju između eksperimentalnih, modelirajućih i kliničkih timova."

Personalizirano za sve oblike i veličine

Rezultirajući uređaj je tanki, mekani, savitljivi kabel koji se lagano omotava oko vanjskog opsega prsa. Elektrode koje nježno prijanjaju na kožu integrirane su u svaki kraj kabela. Mala, lagana "bazna stanica", koja se također nježno postavlja na kožu, nalazi se u sredini kabela između elektroda. Zatvorena u meko, silikonsko kućište, bazna stanica sadrži malu punjivu bateriju, Bluetooth tehnologiju za bežični prijenos podataka i memorijski čip.

Budući da svaka majka ima razlike u gustoći, obliku i veličini dojki, uređaj se može personalizirati jednom kalibracijom. Za kalibraciju sustava, majka nosi uređaj dok koristi pumpicu za grudi spojenu na bočicu s oznakama volumena. To omogućuje korisniku da zna točnu količinu mlijeka u određenom vremenskom razdoblju. U međuvremenu, uređaj bilježi električna svojstva dojke tijekom cijelog procesa pumpanja. Ova shema kalibracije uči uređaj kako interpretirati promjene električnih signala za svaku pojedinu maticu.

Nakon razvoja prototipova, tim je testirao uređaj na 12 dojilja – kako na odjelu intenzivne njege tako i kod kuće. Kako bi procijenili je li uređaj bio dosljedan i pouzdan tijekom vremena, istraživači su uzeli višestruka mjerenja od istih majki, pokrivajući vremenska razdoblja do 17 tjedana.

U ovoj prvoj fazi testiranja, majke su nosile senzor dok su izdajale mlijeko, budući da je ovaj važan korak zahtijevao od majki precizno mjerenje količine mlijeka koje su izdajale. Tijekom testne sesije, istraživači su usporedili podatke uređaja s razlikom u težini djeteta prije i nakon dojenja. Sve u svemu, rezultati su bili nevjerojatno slični između količina u boci i količinama koje je otkrio senzor.

Poboljšanje njege u jedinici intenzivnog liječenja

Iako bi uređaj pružio umirujuće i korisne informacije svim roditeljima, Robinson i Wicks kažu da bi bebe na intenzivnoj njezi najviše koristile od pažljivog praćenja. Znati koliko beba na intenzivnoj njezi jede još je kritičnije od zdrave donošene djece.

Ove bebe često imaju točno određene prehrambene potrebe. Na primjer, prijevremeno rođene bebe mogu imati nedovoljno razvijen probavni sustav, što ih čini osjetljivijima na intoleranciju na hranjenje. Točne količine hrane mogu pomoći u smanjenju rizika od razvoja crijevnih poremećaja i refluksa.

"Neke su bebe ograničene na određeni broj obroka odjednom", rekao je Wicks. "Za bebe koje su prerano rođene ili se oporavljaju od operacije, mogu jesti samo male količine mlijeka vrlo sporo. Često im ne možemo dopustiti da doje jer ne postoji način da znamo koliko mlijeka dobivaju od majke. Senzor koji to prati kako bi te bebe uspješnije dojile s majkom."

Buduće upute

Kako bi postala još lakša za korištenje, istraživači predviđaju da bi se tehnologija s vremenom mogla integrirati u udobno donje rublje poput grudnjaka za dojenje. To bi dodatno poboljšalo upotrebljivost i cjelokupno iskustvo uređaja za majke.

Istraživači i dalje planiraju dovršiti sveobuhvatne usporedbe težine prije i nakon hranjenja. Tim također želi osigurati da senzor mogu koristiti majke sa širokim rasponom tonova kože. Dok trenutna verzija uređaja hvata mlijeko koje teče iz dojke, buduće iteracije mogle bi dodati mlijeko u dojke. Tada bi majke mogle pratiti promjene u proizvodnji mlijeka tijekom vremena. Tim također planira dodatno optimizirati uređaj kako bi mogao dobiti još više uvida poput kvalitete mlijeka i sadržaja masti.

“Dojenje može biti izuzetno emocionalno za majke, dijelom zbog neizvjesnosti o tome koliko mlijeka dobivaju njihove bebe”, rekao je Wicks. "To može biti popraćeno velikom tugom jer se majke osjećaju tjeskobno i ne rade dobro svoj posao. Često majke dožive tjeskobu, frustraciju ili simptome depresije i potpuno odustanu od dojenja.

"Mnogi su čimbenici koji otežavaju dojenje. Ako ste u mogućnosti ukloniti dio neizvjesnosti i uvjeriti ih da proizvode dovoljno mlijeka, to će stvarno pomoći u ublažavanju dijela tog stresa i tjeskobe. Za sve majke diljem svijeta - koje su na svim različitim stupnjevima svog putovanja dojenja.

Studiju, "kompaktni, bežični sustav za kontinuirano praćenje majčinog mlijeka izdojenog tijekom dojenja", podržali su Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defence Health Agency, National Research Foundation of Korea i Haythornthwaite Foundation.

Izvori: